Estrutura do Para-raios e Tecnologia de Testes Elétricos

Domine a estrutura interna dos Parafusos de Óxido de Zinco (MOA) e os testes elétricos críticos, incluindo a tensão de referência DC e a corrente de fuga para sistemas de energia.

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1.Papel Crítico dos Para-raios na Proteção Contra Sobretensão em Sistemas de Energia

O para-raios serve como a primeira linha de defesa contra sobretensão em sistemas de energia. Seu estado operacional determina diretamente a segurança da isolação de equipamentos principais, como transformadores, motores e disjuntores. Os Para-raios de Óxido de Zinco (MOA), com suas características de voltagem-corrente não lineares superiores, tornaram-se os dispositivos de proteção mais amplamente utilizados em redes modernas. Compreender profundamente sua configuração interna e realizar testes preventivos científicos são essenciais para identificar defeitos ocultos, como envelhecimento do válvula ou falha no selo, garantindo a estabilidade de longo prazo da rede.

2.Configuração Interna e Modelos de Características Elétricas do MOA

2.1 Definições Principais

Para-raios de Óxido de Zinco (MOA): Dispositivo de proteção que utiliza a resistência não linear das válvulas de óxido de zinco para limitar a sobretensão. Mantém um estado de alta impedância na tensão de operação normal e transita rapidamente para um estado de baixa impedância durante a sobretensão para clamar a tensão residual dentro de limites seguros.

2.2 Característica V-I da Válvula de Óxido de Zinco:

I=k⋅U^α

Descrição:
Esta relação descreve o comportamento não linear de corrente e tensão das válvulas de óxido de zinco. $I$ é a corrente que flui através da válvula, $U$ é a tensão aplicada, e $k$ é uma constante do material. $α$ (o coeficiente de não-linearidade) é a métrica de desempenho central; um valor maior indica uma capacidade de clamação de tensão mais forte durante a sobretensão e menor perda de potência na tensão de operação contínua.

2.3 Componente de Corrente Resistiva:

I_r=I⋅cosϕ

Descrição:
A corrente total $I$ em um para-raios consiste em um componente capacitivo e um componente resistivo $I_{r}$ . Medindo o ângulo de fase $ϕ$ , pode-se isolar a corrente resistiva, representando o consumo de energia e o estado de envelhecimento da válvula. Um aumento significativo em $I_{r}$ é um sinal direto de infiltração de umidade ou degradação da válvula.

2.4 Classificação Estrutural

Casco de Isolamento: Categorizado em cascos de porcelana e compostos (borracha de silicone). Os cascos compostos oferecem excelente desempenho à prova de explosão e superior resistência à poluição.
Núcleo Interno: Compõe-se de pilhas de válvulas de óxido de zinco, suportes de isolamento e molas de pressão para garantir contato elétrico apertado.
Sistema de Vedação: Geralmente emprega um selo de dupla camada preenchido com nitrogênio de alta pureza para prevenir oxidação e contaminação por umidade.

3. Elaboração Detalhada sobre Testes Preventivos Elétricos Convencionais

3.1 Medição da Resistência de Isolamento

Medida usando um medidor de resistência de isolamento de 2500 V ou 5000 V. Para descarregadores de tensão classificados em 35 kV e abaixo, a resistência de isolamento geralmente não deve ser inferior a 1000 M $Ω$ . Para 110 kV e acima, não deve ser inferior a 2500 M $Ω$ .

3.2 Tensão de Referência CC $U_{1 mA}$ :

U_1 mA=f(I=1 mA)

Descrição:
Este valor é o item de teste preventivo mais crítico. Mede a tensão DC necessária para causar uma corrente de 1 mA através do descarregador. O valor medido deve ser comparado com o relatório de teste de fábrica; uma variação superior a $\pm 5%$ indica potencial degradação da válvula ou distribuição de potencial desigual.

3.3 Corrente de Fuga a 75% $U_{1 mA}$ :

I_0.75≤50 μA

Descrição:
Medição da corrente de fuga a 0,75 vezes a tensão de referência CC. Geralmente, a corrente não deve exceder 50 $μ$ A. Um valor significativamente maior indica a entrada de umidade devido a falha no selo ou contaminação superficial severa.

3.4 Tabela de Dados Técnicos e Comparação Diagnóstica

Item de Teste	Padrão de Aprovação (110 kV MOA)	Manifestação Típica de Falha	Recomendação Diagnóstica
Resistência de Isolamento	$\geq 2500$ M $Ω$	Diminui exponencialmente para 500 M $Ω$	Umidade interna ou flashover externo
$U_{1 mA}$ Tensão	$\geq 145$ kV (Valor de referência)	Decréscimo superior a $5%$	Envelhecimento da válvula ou degradação do material
75% $U_{1 mA}$ Corrente	$\leq 50$ $μ$ A	Aumenta além de 200 $μ$ A	Falha no selo, ingresso de umidade

4.Guia Operacional para Testes Preventivos de Campo e Aplicação

4.1 Etapas de Execução dos Testes de Campo

Preparação: Limpe completamente a superfície do para-raios para eliminar o impacto da corrente de fuga superficial nos resultados das medições.
Conexão: Os cabos de alta tensão devem ser o mais curtos possível, com espaço suficiente, e o terminal inferior deve estar confiavelmente aterrado.
Teste: Aumente gradualmente a tensão até que a corrente atinja 1 mA e registre a tensão; em seguida, diminua para o ponto de 75% para registrar a corrente de fuga.
Descarga: Após o teste, o para-raios deve ser totalmente descarregado usando uma haste de descarga dedicada.

4.2 Precauções Críticas

Uso de Anel de Proteção: Ao testar $U_{1 mA}$ em ambientes de alta umidade, um anel de proteção deve ser aplicado na superfície de porcelana e aterrado para eliminar a influência da corrente superficial nos dados da válvula.
Correção de Temperatura: Embora $U_{1 mA}$ seja menos afetado pela temperatura, a corrente resistiva é altamente sensível. Dados registrados em temperaturas ambiente acima de 30 graus Celsius devem ser convertidos para comparação adequada.

4.3 Cenários de Aplicação e Resultados Esperados

Âmbito: Aplicável às inspeções anuais de primavera, testes de transferência após revisão de equipamentos e patrulhas especiais antes e depois da estação de raios.
Resultados Esperados: Ao seguir rigorosamente esses padrões de teste, a taxa de falha dos para-raios pode ser reduzida em mais de 80%. Essa abordagem pode interceptar com precisão mais de 95% do equipamento "defeituoso" nas fases iniciais de ingresso de umidade ou envelhecimento, aumentando significativamente a vida útil e a segurança dos ativos de rede de 110 kV e acima.

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Tópicos:

Para-raios

Estrutura MOA

Proteção Contra Sobre tensão

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